Регулятор скорости вращения узла колеса часового или ударного механизма - RU2578986C2

Чертежи

Показать все 9 чертежа(ей)

Описание

Область техники, к которой относится изобретение.

Предметом настоящего изобретения является регулятор скорости узла колеса или ударного колеса часов, предназначенный для регулирования скорости вращения зубчатого колеса, установленного на оси первого штифта, и поддержания ее на уровне расчетного значения, в котором вышеуказанный узел колеса приводится в действие, с помощью передаточного устройства, источником энергии, создающим механический момент; указанный узел колеса содержит, по меньшей мере, один инерционный блок, шарнирно установленный на основном штифте на оси второго штифта, параллельной вышеупомянутой оси первого штифта, на расстоянии от нее.

Предметом настоящего изобретения является также пружина, содержащая центробежный регулятор для регулирования скорости вращения узла колеса относительно оси первого штифта и поддержания ее на уровне расчетного значения; указанный узел зубчатого колеса в котором приводится в действие, с помощью передаточного устройства, источником энергии, создающим изменяемый крутящий момент при различных значениях угловой скорости; вышеуказанный узел колеса содержит основной штифт или вал на указанной оси первого штифта; вышеуказанный узел колеса содержит, по меньшей мере, один инерционный блок, шарнирно установленный на основном штифте на оси второго штифта, параллельной указанной оси первого штифта и находящейся на расстоянии от нее; а также указанный инерционный блок содержит дополнительный штифт, определяющий ось третьего шарнира, параллельную вышеуказанным осям первого и второго штифтов.

Кроме того, предметом настоящего изобретения является также музыкальный или ударный механизм для часов или музыкальной шкатулки, содержащий источник энергии или пружину, а также устройство для передачи механического момента от указанного источника энергии или пружины к узлу колеса для генерирования музыки или к колесу ударного механизма.

Предметом настоящего изобретения является также часовой механизм или музыкальная шкатулка, содержащая узел колеса для генерирования музыки или колеса ударного механизма.

Настоящее изобретение относится к области регулирования механической частоты вращения вращающихся узлов.

В частности, оно относится к области часового дела, или точнее, к часовым механизмам, содержащим ударный или музыкальный механизм, таким как часы с боем, музыкальные шкатулки, и т.п.

Уровень техники

Производство часовых механизмов или музыкальных шкатулок, включающих сложные музыкальные движущиеся и/или ударные механизмы, требует использования механизма, обладающего постоянством работы надлежащего качества относительно движения часового механизма, в котором они установлены, по меньшей мере, на протяжении музыкального или ударного цикла, где, несмотря на то, что задача обеспечения постоянной продолжительности цикла не ставится, соблюдение музыкального ритма и ударной последовательности является обязательным. Действительно, любой дефект здесь слышим и неприятен для пользователя, особенно если часовой механизм является дорогостоящим.

Источник энергии, роль которого обычно выполняет бочкообразная пружина ударного механизма, обычно обеспечивает энергию для поднятия одного или нескольких молотков, чтобы ударять в гонги, резонаторы или звонки, или даже в звуковую коробку, если говорить о музыкальной шкатулке. Вибрация этих гонгов или аналогичных устройств передается на среднюю часть, безели и кристалл часового механизма, которые распространяют звуковые волны в воздухе. Запрос о подаче энергии обычно осуществляется с помощью кулачкового или зубчатого устройства, такого как простой или многократный узел шестерен ударного механизма, приводимый в действие рычагом или триггерным устройством, управляемым за счет перемещения часового механизма или пользователем, как, например, в случае функции будильника. Количество энергии, используемое для завода кулачка, является очень большим по сравнению с количеством энергии, необходимым для работы часового механизма. Кроме того, размеры источника энергии ударного механизма, как правило, бочкообразной пружины, необходимо задавать таким образом, чтобы пользователю не нужно было подзаводить или подзаряжать устройство слишком часто, в зависимости от того, какой источник энергии используется, механический, электрический, или какой-либо другой.

Используемая ударным механизмом энергия отличается мгновенными пиками потребления, что также приводит к необходимости увеличения габаритов источника энергии для обеспечения требуемой усталостной прочности.

Кроме того, достаточно часто ударный механизм может испытывать ускорение при совместном воздействии, с одной стороны, резкого выпуска большого количества энергии, имеющегося в наличии у источника энергии, а с другой стороны, инерции. Последствия этого являются пагубными, в частности, в отношении природы последующего боя, который может быть неправильным. Или же последующий бой может происходить в неправильное время, что является более серьезным.

Для того чтобы избежать ускорения хода маятников и часов, принято использовать балансир, тормозящий вращение посредством трения о воздух. Для установки данных устройств необходимо пространство, и их невозможно правильно интегрировать в конструкцию часов.

Регулирование темпа боя или мелодии в случае необходимости осуществляется с помощью регулятора, который стабилизирует скорость отпускания используемой для боя пружины, роль которой может выполнять заводная пружина, или отдельная пружина, как это бывает в случае маятников.

Принцип действия известных регуляторов ударных механизмов, таким образом, основан на трении или на ударах. Иногда их бывает трудно сконструировать, они могут быть неточными по скорости, и часто обладать высоким уровнем шума, что является неприемлемым для дорогостоящих музыкальных или крупных ударных часовых механизмов.

Любое регулирование этой скорости, если оно присутствует, выполняется обычно с помощью системы рычагов или механического регулятора с инерционными блоками типа описанных в патенте КНР №34, выданном на имя Барбеза-Бэйло, которые используют довольно много энергии и могут иметь крупные габариты. Известные регуляторы неточны и не в состоянии точно ограничивать отклонение угловой скорости.

Наиболее компактным является рычажный регулятор, который также просто изготовлять и настраивать, используя при этом простой стопорный штифт. Как правило, регулятор данного типа работает на высоких скоростях, приблизительно от 100 до 150 колебаний в секунду, что соответствует значению от 200 до 300 ударов в секунду. Эти удары создают вибрацию, которая передается на среднюю часть, безели и кристалл, распространяющие звуковые колебания в воздухе, как колокольный звон, с шумом, создающим помехи колокольному звону.

Кроме того, вышеупомянутые основанные на ударах или трении регуляторы трудно изготовлять, их точность регулирования скорости низка, а уровень шума часто бывает высоким.

Короче говоря, в часовом механизме, содержащем ударный механизм или музыкальную шкатулку, в частности, в музыкальных часах или часах с репетицией минут изменение темпа тесно связано с кривой отпускания бочкообразной пружины.

Следовательно, во многих случаях, перезвон или музыка часового механизма замедляются в конце завода, что является неприятным для пользователя. Известные регуляторы требуют большого пространства и/или обладают высоким уровнем шума.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение предназначено для устранения указанных выше недостатков и создания регулятора для часов, содержащего ударный механизм или музыкальную шкатулку, например, для музыкальных часов или часов с репетицией минут, позволяющего получить постоянную скорость вращения при поглощении разности по крутящему моменту в регулировочной цепи и обеспечивающего абсолютную тишину во время работы.

Таким образом, настоящее изобретение предлагает новое решение проблемы ускорения хода, в частности, для часовых механизмов.

Коротко говоря, часть энергии, высвобождаемой во время ударного цикла, используется для предотвращения ускорения хода.

Данное изобретение предлагает новаторский способ решения вышеуказанной проблемы, заключающийся в интеграции механизма, использующего эту энергию. Следовательно, данное изобретение относится к регулировочному устройству для ударного механизма часов, предназначенному для регулирования потребления энергии именно в том объеме, который является абсолютно правильным для ударного механизма, и содержащему с этой целью устройство для рассеяния энергии.

Предметом настоящего изобретения, таким образом, является регулятор скорости узла колеса или ударного колеса часов, предназначенный для регулирования скорости вращения узла колеса относительно оси первого штифта и поддержания ее на уровне расчетного значения, в котором вышеуказанный узел колеса приводится в действие, с помощью передаточного устройства, источником энергии, создающим механический момент; указанный узел колеса содержит, по меньшей мере, один инерционный блок, шарнирно установленный на основном штифте на оси второго штифта, параллельной вышеупомянутой оси первого штифта, на расстоянии от нее.

Согласно изобретению, данный регулятор содержит устройство для возвращения указанного, по меньшей мере, одного инерционного блока к оси первого штифта, а указанный, по меньшей мере, один инерционный блок сконструирован таким образом, что когда узел колеса вращается со скоростью меньше или равной заданной частоты вращения, указанный, по меньшей мере, один инерционный блок остается внутри первого внутреннего объема вращения относительно оси первого шарнира, а когда узел колеса вращается со скоростью выше заданной частоты вращения, как минимум, один инерционный блок, по меньшей мере, его периферийная часть входит во второй объем вращения вокруг оси первого штифта, расположенный рядом и являющийся внешним относительно первого объема вращения; вышеуказанная периферийная часть взаимодействует во втором объеме вращения с регулировочным устройством, служащим для торможения узла колеса и возврата его скорости вращения к заданному значению, а также рассеяния избыточной энергии.

Согласно отличительному признаку изобретения, указанный регулятор узла колеса или ударного колеса часового механизма содержит тормозное устройство, вступающее в работу, когда вышеуказанная периферийная часть инерционных блоков переходит из указанного первого объема в указанный второй объем; данное тормозное устройство включает в себя либо воздушное тормозное устройство (или аэродинамический тормоз), включающееся в момент превышения заданной частоты вращения, либо сухое тормозное устройство (фрикционный тормоз), поверхность которого создает тормозной момент на указанной выше периферийной части инерционных блоков и сконструированного таким образом, что прилагаемый тормозной момент пересекает радиус от оси первого штифта.

Согласно отличительному признаку изобретения, указанная периферийная часть является электропроводной, а вышеуказанное регулировочное устройство выполнено по принципу генерирования, по меньшей мере, одного переменного магнитного поля, содержащего силовые линии, ориентированные таким образом, что в результате взаимодействия между указанной периферийной частью и указанным магнитным полем образуются вихревые токи, тормозящие вышеуказанный узел колеса, оказывая сопротивление его вращению.

Согласно отличительному признаку изобретения, когда указанный узел колеса вращается со скоростью меньше или равной указанной заданной частоте вращения, указанное возвратное устройство спроектировано таким образом, чтобы удерживать, по меньшей мере, один инерционный блок в первом внутреннем объеме вращения, а также, когда указанный узел колеса вращается со скоростью выше заданной частоты вращения, позволять указанному, по меньшей мере, одному инерционному блоку входить, по меньшей мере, своей периферийной частью в указанный второй объем вращения.

Согласно отличительному признаку изобретения, указанное возвратное устройство является механическим и оказывает возвращающее усилие, направленное в сторону оси первого штифта, на второй штифт, входящий в состав, по меньшей мере, одного инерционного блока и определяющий ось третьего штифта, параллельную вышеуказанным осям первого и второго штифтов.

Согласно отличительному признаку изобретения, указанное возвратное устройство является упругим возвратным устройством и содержит втулку первого штифта вокруг основного штифта или вала, входящую в состав упомянутого узла колеса, установленного на оси первого штифта, а также, по меньшей мере, одну втулку второго штифта вокруг указанного вспомогательного штифта, входящего в состав указанного, по меньшей мере, одного инерционного блока на указанной оси третьего штифта.

Согласно отличительному признаку изобретения, указанный узел колеса включает несколько указанных инерционных блоков, равноудаленных от указанной оси первого штифта, а указанное упругое возвратное устройство включает в себя втулку первого штифта вокруг основного штифта или вала, входящего в состав указанного узла колеса, установленного на оси первого штифта, а также втулку второго штифта, установленную на указанном вспомогательном штифте, входящем в состав каждого указанного инерционного блока на указанной оси третьего штифта данного инерционного блока.

Согласно отличительному признаку изобретения, указанное упругое возвратное устройство содержит, по меньшей мере, одну пружину.

Согласно отличительному признаку изобретения, данная пружина находится в состоянии предварительной нагрузки, соответствующей радиальному перемещению своей втулки второго штифта в радиальном направлении относительно указанной оси первого штифта, когда данная пружина перемещается указанной первой втулкой главного штифта из отсоединенного положения в соединенное положение данной пружины на указанном вспомогательном штифте указанного инерционного блока, когда указанный узел колеса и указанный инерциальный блок находятся в положении останова, и вышеупомянутая предварительная нагрузка в соединенном состоянии указанной пружины тянет упомянутый вспомогательный штифт указанного инерциального блока радиально к вышеупомянутой оси первого штифта.

Согласно отличительному признаку изобретения, жесткость пружины выбирается так, чтобы величина радиальной силы, приложенной к указанному инерционному блоку, возвращаемому к указанному второму штифту, фактически линейно зависела от углового положения указанного инерционного блока относительно указанного основного штифта на указанной оси второго штифта относительно положения останова указанного инерционного блока, и для которого нулевое значение указанной радиальной силы соответствует (по абсолютной величине) указанному перемещению предварительной нагрузки.

Согласно отличительному признаку изобретения, указанная пружина изготовляется из микрообрабатываемого материала, или силикона, или кварца, или их соединения, или сплава, полученного по технологии МЭМС (технологии микроэлектромеханических систем), или сплава, полученного с помощью технологии глубокого реактивного ионного травления (DRIE) или технологии получения объемных микродеталей методами рентгенолитографии, гальваностегии и формовки (LIGA), или же изготовляются, по меньшей мере, из частично аморфного материала.

Согласно отличительному признаку изобретения, указанные инерционные блоки изготовляются из электропроводного материала или золота, из меди или серебра, или включают в себя, в той части, которая подвергается воздействию вышеуказанного магнитного поля в указанной камере, участок, выполненный из электропроводного материала или золота, или из серебра или меди, в направлении, параллельном вышеуказанной оси первого штифта.

Предметом настоящего изобретения является также пружина для инерционного регулятора, служащего для поддержания скорости вращения узла колеса относительно оси первого штифта на уровне заданной величины, указанный узел колеса которого приводится, с помощью передаточного устройства, источником энергии, обеспечивающим крутящий момент, изменяемый в зависимости от изменения угловой скорости; указанный узел колеса содержит главный штифт или вал, расположенный на оси главного штифта; указанный узел колеса содержит, по меньшей мере, один инерционный блок, шарнирно установленный на главном штифте, расположенном на оси второго штифта, параллельной упомянутой оси первого штифта и на расстоянии от нее; вышеупомянутый инерционный блок включает в себя вспомогательный штифт, определяющий ось третьего штифта, параллельную упомянутой оси первого штифта, и указанную ось второго штифта, отличающуюся тем, что конструкция вышеуказанной пружины выполнена таким образом, чтобы оказывать на указанный вспомогательный штифт возвращающее усилие в направлении к указанной оси первого штифта и возвращать вышеупомянутый, по меньшей мере, один инерционный блок к вышеуказанной оси первого штифта, а также отличающуюся тем, что вышеупомянутая пружина содержит втулку первого штифта вокруг указанного главного штифта и, по меньшей мере, одну втулку второго штифта вокруг вышеупомянутого вспомогательного штифта, по меньшей мере, одного вышеуказанного инерционного блока.

Предметом настоящего изобретения является также музыкальный или ударный механизм для часов или музыкальной шкатулки, содержащий источник энергии или пружину, а также устройство для передачи механического момента от вышеуказанного источника энергии или пружины к узлу колеса для генерирования музыки или боя, отличающегося тем, что указанное передаточное устройство приводит, по меньшей мере, один указанный узел колеса, входящий в состав вышеуказанного регулятора узла колеса часового или ударного механизма.

Предметом настоящего изобретения является также часовой механизм или музыкальная шкатулка, содержащая узел колеса для генерирования музыки или боя, отличающийся тем, что данный часовой механизм или музыкальная шкатулка включают в себя музыкальный или ударный механизм данного типа, и/или регулятор узла колеса часового механизма или узла ударного колеса данного типа.

Краткое описание чертежей

Другие отличительные признаки и преимущества данного изобретения станут видны после ознакомления с приведенным ниже описанием со ссылками на прилагаемые чертежи, а именно:

- Фиг.1 - схематический вертикальный разрез регулятора узла колеса часового/ударного механизма согласно настоящему изобретению.

- Фиг.2 - схематический вертикальный разрез, проходящий через ось первого штифта, для первого варианта осуществления регулятора узла колеса часового/ударного механизма настоящего изобретения, интегрированного в показанный частично ударный механизм, интегрированный в частично показанный часовой механизм.

- Фиг.3 - схематический вид сверху части показанного на Фиг.2 регулятора, и перемещающегося инерционного блока, входящего в состав данного регулятора (сплошные линии - в сложенном положении, пунктирные линии - в развернутом положении).

- Фиг.4 - схематический вид сверху регулятора первого варианта осуществления изобретения с инерционными блоками, двигающимися в кольцевой камере.

- Фиг.5 - изображение в разобранном виде регулятора, показанного на Фиг.4.

- Фиг.6 - изображение в разобранном виде представленного на Фиг.4 регулятора, оснащенного упругими устройствами возврата инерционных блоков в соответствии с первым вариантом исполнения настоящего изобретения.

- Фиг.7 - частичный схематичный вид сверху представленного на Фиг.4 регулятора, оснащенного упругими устройствами возврата инерционных блоков в соответствии со вторым вариантом исполнения настоящего изобретения.

- Фиг.8 - частичный схематичный вид сверху представленного на Фиг.4 регулятора, оснащенного упругими устройствами возврата инерционных блоков в соответствии с третьим вариантом исполнения настоящего изобретения.

- Фиг.9 - частичный схематичный вид сверху представленного на Фиг.6 регулятора с другим количеством инерционных блоков.

- Фиг.10 - схематический разрез варианта исполнения регулятора с несколькими расположенными один над другим узлами колес.

- Фиг.11 - частичный схематичный вид сверху представленного на Фиг.8 регулятора, оснащенного упругими устройствами возврата инерционных блоков по второму варианту осуществления изобретения, в предпочтительном исполнении указанных возвратных устройств, показанных в разъединенном состоянии, когда они не соединены с инерционными блоками, возвращение которых является их функцией.

- Фиг.12 - механизм, представленный на Фиг.11, возвратные устройства которого показаны соединенными с инерционными блоками, когда узел колеса остановлен.

- Фиг.13 - механизм, представленный на Фиг.11, возвратные устройства которого показаны соединенными с инерционными блоками, когда узел колеса вращается, а инерционные блоки раскрыты.

- Фиг.14 - схематичный разрез по оси первого шарнира узла колеса, с включенными различными объемами вращения инерционных блоков.

- Фиг.15 - кривая, показывающая зависимость тормозного момента от угловой скорости вращения для двух разных типов регуляторов.

- Фиг.16 - вид кривых тормозного момента С в зависимости от угловой скорости вращения ω для двух различных характеристик регулирования.

- Фиг.17 - кривая, показывающая изменение радиальной возвращающей силы в зависимости от угла α, характеризующем изменение, относительно исходного положения, в положении вала подсоединения устройства возврата инерционного блока, входящего, согласно настоящему изобретению, в состав регулятора, относительно оси штифта данного инерционного блока.

- Фиг.18 - схематичное перспективное изображение усовершенствованной версии настоящего изобретения.

- Фиг.19 - кривая, показывающая изменение токовихревых потерь в зависимости от углового положения инерционных блоков на своих соответствующих штифтах, для варианта осуществления изобретения, показанного на Фиг.18.

- Фиг.20 - кривая, показывающая изменение токовихревых потерь, при равенстве всех остальных параметров, в зависимости от углового смещения ряда верхних магнитов относительно ряда нижних магнитов, согласно изобретению, совместно генерирующих магнитное поле для регулирования угловой скорости вращения.

Осуществление изобретения

Настоящее изобретение относится к области регулирования механической частоты вращения вращающихся узлов.

Настоящее изобретение относится к области часового дела, и в частности, к часовым механизмам, содержащим ударный механизм, и будет более подробно описано для данного предпочтительного применения. Однако настоящее изобретение может быть использовано для регулирования скорости вращения любого вращающегося узла, независимо от его габаритов.

В данном описании предпочтительного использования настоящее изобретение относится к регулировочному механизму 1 для узла зубчатого колеса или ударного механизма для часового механизма или музыкальной шкатулки, которые далее будут обозначаться общим термином "часовой механизм".

Данный регулятор 1 скорости вращения узла зубчатого/ударного колеса часового механизма предназначен для регулирования работы механизма, в частности, как описано в конкретном примере и поясняется посредством приведенных чертежей, музыкального или ударного механизма 10. Термин "регулятор 1 узла зубчатого колеса или ударного механизма" здесь и далее обозначает регулятор для узла часового механизма, в частности, для узла ударного механизма или музыкального колеса, а термин "ударный механизм 10" означает музыкальный или ударный механизм. Специалисты в данной области техники, несомненно, знают, каким образом использовать настоящее изобретение для регулирования других узлов часовых механизмов.

Пример применения данного изобретения для ударного механизма учитывает специфические ограничения, присущие регулированию, которое должно быть очень точным, предпочтительно, с погрешностью не более 3%, поскольку любое отклонение является слышимым и неприятным для пользователя, а также из-за уровня шума, который должен оставаться очень низким относительно акустической громкости перезвона. Таким образом, данное изобретение сочетает в себе точность регулирования и тишину.

Данный ударный механизм 10, как обычно, содержит источник энергии или пружину, и устройство 3 для передачи вращающего момента от источника энергии или пружины к узлу колеса для генерирования мелодии или боя, включающего в себя молоточки, рычаги и т.п. Данный источник энергии, пружина, и т.п. обычно создает крутящий момент, величина которого изменяется в зависимости от степени ослабления пружины. Естественно, регулятор 1, в соответствии с настоящим изобретением, которое будет описано ниже, может также использоваться с источником энергии, подающим крутящий момент, который, как можно предположить, является постоянным при постоянной скорости вращения, с единственной целью гарантировать точность регулирования скорости, и предупреждения опасности возникновения скачков или чего-либо подобного.

Ослабление пружины связано со значительным снижением крутящего момента по времени, например, приблизительно в четыре раза. Изменение кривой остаточного крутящего момента на узле зубчатого колеса регулятора происходит вследствие изменения нагрузки на пружину. Высокочастотные пики крутящего момента могут быть связаны с загрузкой музыкальных лопаток. Вследствие их краткой природы и инерции системы, эти высокочастотные изменения крутящего момента могут оказывать лишь незначительное влияние на уровень скорости, и ими, следовательно, можно пренебречь.

Количество энергии, получаемое в качестве крутящего момента на узле колеса пользователя, в данном случае, на узле ударного колеса, может сильно изменяться. Пользовательский узел колеса получает максимально возможную регулярную энергию, стабилизирующую скорость вращения узла колеса, с одной стороны, и использует избыток энергии в начале ослабления пружины, с другой стороны.

Характерными особенностями желаемого регулятора скорости для конкретного применения являются низкое изменение скорости (3% от номинального значения скорости) и высокое рассеяние мощности (>6 мВт). В идеале, при скорости ниже номинальной, тормозной момент, создаваемый регулятором, должен быть равен нулю. При скорости выше номинальной, тормозной момент в зависимости от скорости должен резко возрастать. Чем выше наклон данной характеристики, тем ниже будет изменение скорости. На Фиг.15 показана типичная кривая крутящего момента регулятора частоты вращения. Кривая пунктиром показывает характеристику для регулятора с высоким изменением частоты вращения. Наоборот, кривая сплошной линией показывает меньшее изменение частоты вращения, а ее угол наклона меньше, что говорит о меньшей чувствительности частоты вращения к изменению крутящего момента, и что предлагается настоящим изобретением.

Мы стремились получить характеристику рассеяния энергии в зависимости от времени в форме уравнения для мощности Р=f(ωⁿ), где n>2, значение n=2 соответствует мощности, соответствующей квадрату крутящего момента, и, следовательно, пропорциональной квадрату угловой скорости. Настоящее изобретение, таким образом, предлагает максимально усовершенствовать данное рассеяние.

Для того чтобы добиться этого в оптимальном виде, в первом варианте осуществления, данное изобретение использует инерционные блоки, которые могут поворачиваться на оси относительно узла зубчатого колеса, приводимые в действие источником энергии с помощью передаточного устройства и/или возвратного устройства, например, упругого возвратного устройства. Во втором варианте осуществления, настоящее изобретение использует вихревые токи, возникающие в результате взаимодействия вышеупомянутых инерционных блоков и переменного магнитного поля, что позволяет использовать избыточную энергию, с выделением тепла, однако, без использования большего количества энергии, чем требуется.

Предпочтительно, настоящее изобретение сочетает в себе использование вышеупомянутых поворотных инерционных блоков, возвращаемых возвратными устройствами, и вихревых токов, создаваемых в результате взаимодействия между инерционными блоками и переменным магнитным полем.

Таким образом, данное изобретение создает пассивно-регулируемое торможение, являющееся эффективным, несмотря на ограничения в связи с малым располагаемым объемом в часовом механизме.

Еще в одном варианте осуществления изобретения использование поворотных инерционных блоков сочетается с применением устройства для компенсации центробежной силы и тормозного устройства.

Регулятор 1 узла зубчатого колеса или ударного механизма служит для регулирования частоты вращения ω узла колеса 3 относительно первой оси D1 и поддержания ее на уровне заданной частоты вращения ωс. Данный узел колеса 3 приводится, с помощью устройства привода 2, от источника энергии, создающего механический крутящий момент. Данный узел колеса 3 содержит, по меньшей мере, один инерционный блок 4, шарнирно установленный на основном штифте 6 на второй оси вращения D2, параллельной первой оси вращения D1 и расположенной на расстоянии от нее.

В соответствии с настоящим изобретением, регулятор 1 включает в себя устройство 6 для возвращения инерционного блока 4 к первой оси вращения D1. Указанный инерционный блок 4 устроен таким образом, что:

- с одной стороны, когда колесо 3 вращается со скоростью, ниже или равной заданной частоте вращения ωc, инерционный блок 4 остается ограниченным в пределах первого объема вращения VI относительно первой оси вращения D1;

- и, с другой стороны, когда скорость вращения узла колеса 3 превышает заданную частоту вращения ωс, задевается данный инерционный блок 4, по меньшей мере, его периферийная часть 30, во втором объеме вращения VE относительно первой оси вращения D1, прилегающем к первому объему вращения VI.

В первой конфигурации, показанной на Фиг.14, второй объем вращения VE является внешним по отношению к первому объему VI.

Во второй конфигурации, не представленной на чертежах, второй объем вращения VE является внутренним по отношению к первому объему VI.

Разумеется, возможны и другие конфигурации, с несколькими расположенными рядом объемами, каждый из которых обладает характерными свойствами для обеспечения или предотвращения взаимодействия с инерционным блоком 4.

Периферийная часть 30 во втором объеме вращения VE взаимодействует с регулирующими устройствами, предусмотренными для обеспечения торможения узла колеса 3 и возврата его скорости вращения ω к заданному значению ωc, и рассеяния избыточной энергии.

Чрезвычайно выигрышным образом, характерным для данного изобретения, когда узел колеса 3 вращается со скоростью меньше или равной заданной частоте вращения ωc, конструкция возвратного устройства 7 обеспечивает удержание, по меньшей мере, одного инерционного блока 4 в первом внутреннем объеме вращения VI, а также, когда узел колеса 3 вращается со скоростью выше заданной частоты вращения ωс, позволяет указанному инерционному блоку 4 входить, по меньшей мере, своей периферийной частью 30, во второй объем вращения VE.

Предпочтительно, возвратное устройство 7 является механическим и оказывает возвращающее усилие, направленное в сторону первой оси вращения D1, на второй штифт 72, входящий в состав, по меньшей мере, одного инерционного блока 4 и определяющий третью ось вращения D3, параллельную указанным первой оси вращения D1 и второй оси вращения D2.

Возвратное устройство 7, предпочтительно, является упругим возвратным устройством и содержит втулку первого штифта 74 вокруг основного штифта или вала 15, входящую в состав упомянутого узла колеса 3, установленного на оси D1 первого штифта, а также, по меньшей мере, одну втулку 73 второго штифта вокруг вышеуказанного вспомогательного штифта 72, входящего в состав указанного, по меньшей мере, одного инерционного блока 4 на указанной оси D3 третьего штифта.

Как будет пояснено ниже, данное упругое возвратное устройство 7 предпочтительно содержит, по меньшей мере, одну предварительно нагруженную пружину 71. Прецизионное изготовление вышеуказанных пружин, предварительная нагрузка которых точно рассчитывается по заданной угловой скорости вращения, которую необходимо поддерживать, решает проблемы неточности известных технических решений. Комбинация с рассеянием энергии за счет вихревых токов очень быстро обеспечивает установившуюся скорость вращения, рассеивая большое количество энергии в течение очень короткого времени.

В конкретном варианте осуществления изобретения регулятор 1 узла часового/ударного механизма включает в себя тормозное устройство, срабатывающее в момент, когда периферийная часть 30 инерционного блока 4 переходит из первого объема VI во второй объем VE. Данное тормозное устройство включает в себя либо воздушное тормозное устройство (или аэродинамический тормоз), включающееся в момент превышения заданной частоты вращения ωc, либо сухое тормозное устройство (фрикционный тормоз), поверхность которого создает тормозной момент на указанной выше периферийной части 30 инерционных блоков 4 и сконструированного таким образом, что прилагаемый тормозной момент пересекает радиус от оси D1 первого штифта.

Итак, тормозное устройство срабатывает в момент перехода периферийной части 30 инерционных блоков 4 из первого объема VI во второй объем VE, чтобы приложить тормозной момент к периферийной части 30 инерционных блоков 4 таким образом, чтобы данный тормозной момент пересекался с радиальным положением каждого из вышеуказанных инерционных блоков от оси D1 первого штифта, в центре второго объема VE.

Предпочтительный принцип рассеяния энергии, показанный на чертежах, заключается в потерях энергии от вихревых токов. Электропроводный узел колеса, в частности, диск, вращающийся в изменяющемся или переменном магнитном поле, является местом, где возникают вихревые токи, вызывающие токовихревые потери за счет эффекта Джоуля, в соответствии со следующим выражением:

(2.1) P_{eddy}≈ρ.BC².Ω².e,

где р - удельное электрическое сопротивление вращающегося электропроводного материала, ВС - пик электромагнитной индукции, наблюдаемый в материале, Ω -скорость вращения, и е - толщина вращающегося материала,

а тормозной момент, создаваемый токовихревыми потерями, можно выразить как:

(2.2) M_{eddy}≈p.BC².Ω.e.

В очень простом варианте осуществления данного изобретения рассматриваемый регулятор скорости вращения содержит электропроводный диск или узел колеса, выполненный, например, из серебра, шарнирно установленный и вращающийся в магнитном поле (предпочтительно, в переменном магнитном поле), тормозной момент которого подчиняется выражению 2.2.

Зависимость тормозного момента от частоты вращения данной системы является чисто линейной характеристикой, угол наклона которой зависит от параметров ρ, ВС² и е.

Данная система имеет, однако, тормозной момент при номинальной угловой скорости вращения. Далее, угол наклона вышеупомянутой кривой можно регулировать с помощью вышеперечисленных параметров, но лишь в ограниченном диапазоне. Безусловно, серебро обладает минимальной величиной удельного электрического сопротивления. Величину электромагнитной индукции также невозможно повышать до бесконечности. Таким образом, трудно получить очень крутой наклон характеристики для приемлемых значений, что и приводит к необходимости рассмотрения предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения, показанного на Фиг.4.

Согласно изобретению, регулятор 1 узла колеса часового/ударного механизма служит для регулирования частоты вращения ω, по меньшей мере, одного пользовательского узла колеса относительно оси D1 и поддержания ее на уровне заданной частоты вращения ωc. Регулятор 1 узла колеса часового/ударного механизма содержит, по меньшей мере, один узел колеса 3, вращаемый передаточным устройством 2 относительно оси D1 первого штифта.

Как показано на Фиг.1, данный узел колеса 3 прямо или косвенно включает в себя, по меньшей мере, одну периферийную часть 30, изготовленную их электропроводного материала, и, по меньшей мере, один узел колеса 3 находится в неостановленном положении, а, как минимум, одна часть этой периферийной области 30 подвергается воздействию, как минимум, одного переменного магнитного поля в камере 8, входящей в состав регулятора 1, как минимум, частично разделенного намагниченными частицами, содержащимися в регуляторе 1, или в щели 21 между магнитными полюсами 22 и 23.

Приводимый передаточным устройством 2 для передачи момента, узел колеса 3 вращается, и данная периферийная часть 30 входит в упомянутое переменное магнитное поле, в частности, в вышеуказанной камере 8 в предпочтительном варианте осуществления изобретения, так что скорость вращения узла колеса 3 регулируется вихревыми токами, индуцированными взаимодействием вышеупомянутого магнитного поля и периферийной части 30, или указанных периферийных частей 30, если узел колеса 3 имеет несколько магнитных полей, как показано в предпочтительном варианте осуществления, представленном на Фиг.2-9 и 11-13.

Действительно, когда узел колеса 3 вращается, в проводнике, образованном периферийной частью 30, возникает электрический ток, сопротивляющийся перемещению узла колеса и магнитного поля относительно друг друга, в соответствии с принципом индукционного торможения, и при повышении скорости постоянной поверхности. Естественно, если периферийная поверхность 30 узла колеса увеличивается, тормозной момент также повышается. При правильном выборе размеров элементов регулятора 1 он обеспечивает требуемую стабилизацию ослабления пружины, являющейся источником энергии. Узел колеса 3 вращается синхронно с узлом колеса, генерирующим музыку, или узлом колеса ударного механизма, темп которого таким образом хорошо регулируется.

В предпочтительном варианте осуществления данного изобретения, как показано на Фиг.2-9, узел колеса 3 включает в себя, по меньшей мере, один инерционный блок 4, а предпочтительно, несколько указанных инерционных блоков 4, каждый из которых шарнирно установлен на смещенном от центра основном штифте 6, соединенном с узлом колеса 3, в частности, с помощью вращающегося фланца 31, прямо или косвенно приводимым передаточным устройством 2 и определяющем ось D2 второго штифта, параллельную оси D1 первого штифта и находящуюся на расстоянии от нее. Очевидно, что при наличии нескольких инерционных блоков 4А, 4В,…, каждый из них вращается относительно своей соответствующей второй D2A, D2B,…. Каждый инерционный блок 4 вращается в направляющем устройстве 5, как, например, во втулке, в которой находится дополнительный штифт 6, входящий в состав узла колеса 3, или наоборот.

Предпочтительно, центр масс каждого инерционного блока 4 находится дальше от оси D1 первого штифта, чем основной штифт 6 данного инерционного блока 4.

Согласно изобретению, в предпочтительном варианте осуществления изобретения, когда для рассеяния энергии используются вихревые токи, по меньшей мере, одна периферийная часть 30 каждого инерционного блока 4, или весь инерционный блок 4 в целом выполнены из электропроводного материала или, соответственно, из намагниченного материала.

Согласно изобретению, по меньшей мере, одна часть каждого инерционного блока 4 образует периферийную часть 30, и по крайней мере, когда соответствующий инерционный блок 4 не находится в положении останова, а предпочтительно, при скорости вращения выше определенной величины для данного узла колеса 3, в случае, когда, по меньшей мере, одна периферийная часть 30 каждого инерционного блока 4 выполнена из электропроводного материала и, предпочтительно, подвергается воздействию, по меньшей мере, одного изменяющегося, переменного или синусоидального магнитного поля в камере 8, в которой перемещается инерционный блок 4, так что скорость вращения узла 3 регулируется воздействием вихревых токов, индуцируемых взаимодействием между камерой 8 и периферийной частью 30 инерционного блока 4.

В альтернативном варианте осуществления, где, по меньшей мере, одна периферийная часть 30 каждого инерционного блока 4 выполнена из намагниченного материала, вращение узла колеса 3 и, следовательно, инерционного блока 4, создает изменяемое, переменное или синусоидальное магнитное поле в камере 8, по меньшей мере, частично разделяемой проводящими деталями, взаимодействие которых с указанным магнитным полем генерирует вихревые токи, тормозящие движение узла колеса, сопротивляясь его вращению.

Данный инерционный блок 4 должен испытывать воздействие или, соответственно, генерировать магнитное поле изменяющейся амплитуды. Естественно, если поле является переменным, изменение амплитуды больше, и условия оптимальны. Следует отметить, однако, что простое изменение магнитного поля между ненамагниченными областями с нулевым магнитным полем, с одной стороны, и областями, испытывающими воздействие магнитов, с другой стороны, также создает условия для токовихревого рассеяния, требуемые данным изобретением.

В варианте осуществления, более подробно описанном ниже, указанная периферийная часть 30 является электропроводной, а устройство регулирования скорости выполнено по принципу генерирования, по меньшей мере, одного переменного магнитного поля, содержащего силовые линии, ориентированные таким образом, что в результате взаимодействия между указанной периферийной частью 30 и переменным магнитным полем образуются вихревые токи, тормозящие вышеуказанный узел колеса 3, оказывая сопротивление его вращению.

Специалисты в данной области техники знают, как получить обратную конфигурацию, в которой периферийная часть 30 выполнена из намагниченного материала, а камера 8 включает в себя токопроводящие поверхности, и такой альтернативный вариант выполнения мы, следовательно, здесь рассматривать не будем.

Согласно изобретению, данный инерционный блок 4, и, предпочтительно, каждый инерционный блок 4 выполнен таким образом, что, с одной стороны, когда узел колеса 3 вращается со скоростью меньше или равной заданной частоте вращения ωc, данный инерционный блок 4 остается внутри первого объема вращения VI вокруг D1 первого штифта, а с другой стороны, при вращении со скоростью выше заданной частоты вращения ωс, данный инерционный блок 4 входит, по меньшей мере, своей периферийной частью 30, во второй объем вращения VE вокруг оси D1 первого штифта, расположенный рядом и, предпочтительно, являющийся внешним по отношению к первому объему вращения VI. Периферийная часть 30 во втором объеме вращения VE взаимодействует с регулирующими устройствами, предусмотренными для обеспечения торможения узла колеса 3 и возврата его скорости вращения ω к заданному значению ωс, и рассеяния избыточной энергии.

Очевидно, что данное устройство может также работать в другой конфигурации, в которой второй объем вращения VE является внутренним по отношению к первому объему VI, и которая, однако, менее эффективна, чем первая конфигурация, в которой второй объем вращения VE является внешним по отношению к первому объему VI, поскольку рассеяние энергии здесь меньше.

В данном второй конфигурации инерционный блок 4 можно выполнить в виде рычажного устройства, с относительно большой массой на первом плече рычага, подвергающемся воздействию периферийной центробежной силы, и токопроводящей частью меньшей массы на втором плече рычага рядом с осью штифта узла колеса.

Согласно изобретению, регулятор 1 содержит устройство 7 для возврата, по меньшей мере, одного инерционного блока 4 и, предпочтительно, всех инерционных блоков 4, когда регулятор имеет несколько инерционных блоков, к оси D1 первого штифта.

Таким образом, каждый инерционный блок 4 возвращается к оси D1 первого штифта возвратным устройством 7, предпочтительно, упругим возвратным устройством 7. Каждый инерционный блок 4 может перемещаться между сложенным исходным положением, соответствующим положению останова узла колеса 3, и раздвинутым положением с максимальным смещением от центром, соответствующим самой высокой скорости вращения узла колеса 3; под действием центробежной силы периферийная часть 30 каждого инерционного блока 4 стремится сместиться в сторону от оси D1 первого штифта.

Предпочтительно, данное упругое возвратное устройство 7, выполненное в виде, по меньшей мере, одной пружины 71, соединяет каждый инерционный блок 4 с осью D1 первого штифта, или с фланцем 31, или с другим инерционным блоком 4. Предпочтительно, согласно изобретению, упругое возвратное устройство 7 находится в состоянии предварительной нагрузки, рассчитанной таким образом, чтобы обеспечить смещение инерционных блоков 4 от центра при достижении узлом колеса номинальной частоты вращения ωc. Жесткость упругого возвратного устройства 7, в частности, пружин 71, рассчитывается таким образом, чтобы компенсировать действие центробежной силы на инерционные блоки 4 при любом угловом положении этих блоков.

При угловой скорости вращения ниже номинального значения ωc, инерционные блоки 4 остаются в сложенном положении рядом с осью D1 первого штифта, и находятся вне зоны действия магнитного поля в камере 8. Данное магнитное поле создается одним или несколькими магнитами 12, установленными на хомуте статора 19, на фланцах 16, 17 хомута, как показано на Фиг.2, 6 и 13.

При достижении номинальной частоты вращения ωc, инерционные блоки 4 смещаются в сторону от центра и вступают в зону действия магнитного поля, создаваемого магнитами 12.

Индукционное торможение увеличивается пропорционально угловому положению инерционных блоков 4 на их соответствующих штифтах. Итак, размеры упругих возвратных устройств 7, в частности, пружин 71, выбираются таким образом, чтобы после достижения номинальной частоты вращения ωc, небольшое увеличение частоты вращения приводило к значительному возрастанию тормозного момента. Жесткость данной пружины 71 должна быть немного больше, чем жесткость, требуемая лишь для уравновешивания центробежной силы в любом угловом положении. Таким образом, для системы обеспечивается определенная саморегулируемая стабилизация скорости.

Итак, настоящее изобретение только создает условия для радиальной мобильности инерционных блоков 4 при вращении с частотой выше заданной величины ωc. Для достижения этого, средство радиального возврата к оси механизма в виде предварительно нагруженных пружин 71 обеспечивает чрезвычайно надежное техническое решение: данная пружина точно компенсирует, в точке приложения к шарнирно установленному инерционному блоку 4, центробежную силу, приложенную к данному блоку, при заданной частоте вращения ωc.

На графике на Фиг.16 показаны кривые тормозного момента С в зависимости от угловой скорости вращения ω. Кривая С1 представляет собой идеальную теоретическую кривую для случая, когда вся мощность используется лишь при заданной частоте вращения ωc. Кривая С2 - это реальная кривая, отклоняющаяся на угол θ от предыдущей кривой. Для того, чтобы приблизиться, насколько это возможно, к идеальному техническому решению, угол θ необходимо свести к минимуму. Чем выше жесткость пружины, тем больше будет угол θ. Преимущество заключается в использовании пружины 71 достаточно низкой жесткости, чтобы получить очень крутую характеристику: в этом случае, небольшое увеличение скорости вращения выше заданного значения ωс приведет к большому радиальному перемещению соответствующего инерционного блока 4 и рассеянию большого количества энергии, пропорционального площади поверхности инерционного блока 4, взаимодействующей с переменным магнитным полем и генерирующей вихревые токи. Говоря конкретнее, данное магнитное поле генерируется в периферийной кольцевой камере 8, поэтому регулирование является эффективным независимо от углового положения узла колеса, которое регулируется.

Например, для пружины, представленной на приведенных чертежах, возможно рассеяние нескольких мВт энергии, около 5 мВт, для регулирования при частоте вращения приблизительно 3000 об/мин. Осуществление изобретения с пропорциями размеров компонентов, показанными на Фиг.2, и специальным выбором переменного магнитного поля позволяет получить рассеяние 8 мВт, что является чрезвычайно эффективным.

В варианте осуществления, представленном на Фиг.2, передача ударного элемента осуществляет привод регулировочной шестерни 29, образуя, таким образом, устройство 2 для передачи момента. Узел колеса 3 содержит фланец 31, на котором установлены два инерционных блока 4А, 4В, каждый из которых своим отверстием 5 свободно посажен на штифт 6. Как показано на данном чертеже, инерционные блоки 4А, 4В соединены друг с другом пружиной 71, образующей возвратное устройство 7, и свободно установленной на валу 15, входящем в состав узла колеса 3, на котором установлена регулировочная шестерня. Глубина проникновения инерционных блоков 4 под магниты 12, создающие переменное магнитное поле 8, изменяется в зависимости от скорости вращения узла колеса. Чем глубже глубина радиального проникновения периферийной части 30 инерционных блоков 4, тем больше будет тормозной момент, индуцируемый вихревыми токами.

Предпочтительно, как показано на Фиг.4-13, регулятор 1 и рассматриваемый узел колеса 3 содержат несколько инерционных блоков 4. Предпочтительно, данные инерционные блоки распределены вокруг оси D1 первого штифта, чтобы динамически сбалансировать узел, образованный узлом колеса 3 и инерциальными блоками 4 при максимальной скорости вращения узла колеса 3.

Когда узел колеса 3 вращается со скоростью меньше или равной заданной частоте вращения ωc, конструкция возвратного устройства 7 обеспечивает удержание, по меньшей мере, одного инерционного блока 4 в первом внутреннем объеме вращения VI, а также, когда узел колеса 3 вращается со скоростью выше заданной частоты вращения ωc, позволяет указанному инерционному блоку 4 входить, по меньшей мере, своей периферийной частью 30, во второй объем вращения VE.

Предпочтительно, возвратное устройство 7 является механическим и оказывает возвращающее усилие, направленное в сторону первой оси вращения D1, на вспомогательный штифт 72, входящий в состав каждого инерционного блока 4 и определяющий третью ось вращения D3, параллельную указанным осям Din D2 первого и второго штифтов.

Предпочтительно, вспомогательный штифт 72 каждого инерционного блока 4 находится дальше от оси D1 первого штифта, чем основной штифт данного инерционного блока 4.

Предпочтительно, возвратное устройство 7 является упругим возвратным устройством и содержит втулку первого штифта 74 вокруг основного штифта или вала 15, входящего в состав узла колеса 3, установленного на оси D1 первого штифта, а также, по меньшей мере, одну втулку 73 второго штифта вокруг вышеуказанного вспомогательного штифта 72 или вокруг каждого вторичного штифта 72, если радиальное упругое возвратное устройство 7 является общим для всех инерционных блоков, как показано на Фиг.11-13.

Таким образом, задача упругого возвратного устройства 7 заключается в том, чтобы удерживать инерционные блоки 4 вблизи оси D1, когда узел колеса 3 не вращается, и ограничивать поворот инерционных блоков 4 относительно их соответствующих осей D2 второго шарнира, когда скорость вращения узла колеса 3 увеличивается, на переходном этапе, когда генерирование регулирующих вихревых токов лишь начинается. Конструкция упругого возвратного устройства 7 определяет заданную частоту вращения, при превышении которой центробежная сила становится больше возвращающей силы и смещает инерционные блоки 4 в сторону от оси D1, давая им, по меньшей мере, их периферийным частям 30, возможность войти в магнитное поле камеры 8. Эта заданная частота вращения, предпочтительно, является равной заданной частоте вращения ωc узла колеса 3. Именно в этот момент вихревые токи, индуцируемые в инерционных блоках 4, начинают тормозить эти блоки и превращать кинетическую энергию в тепловую. Предпочтительно, данное упругое возвратное устройство 7 состоит из одной или нескольких пружин 71. Правильный выбор размеров каждой пружины 71 и положения места крепления инерционного блока к опоре дает возможность получения скорости раскрытия инерционных блоков 4, немного более высокой, чем скорость их закрытия. Данная разность скоростей пропорциональна точности регулирования скорости регулятором 1. В соответствии с крутящим моментом, глубина проникновения инерционных блоков 4 в магнитное поле изменяется, чтобы обеспечить рассеяние большего или меньшего количества энергии.

При наличии нескольких инерционных блоков упругое возвратное устройство 7 также обеспечивает уравновешивание их действия и положений. Действительно, предпочтительно, узел колеса 3 содержит несколько инерционных блоков 4, равноудаленных от оси D1 первого штифта. Упругое возвратное устройство 7 также содержит втулку 74 первого штифта вокруг основного штифта или вала 15, входящего в состав узла колеса 3, установленного на оси D1 первого штифта, а также втулку 74 второго штифта вокруг вышеуказанного вспомогательного штифта 72, входящего в состав каждого инерционного блока 4 на его оси D3 третьего штифта.

Предпочтительно, данные инерционные блоки 4 идентичны друг другу, соответствующие оси D2 их вспомогательных штифтов расположены на одинаковом расстоянии от оси D1 первого штифта, и распределены равномерно; кроме того, все упругие возвратные устройства являются одинаковыми и прикреплены к инерционным блокам 4 аналогичным образом. Предпочтительно, данные инерционные блоки распределены вокруг оси D1 первого штифта, чтобы динамически сбалансировать узел, образованный узлом колеса 3 и инерциальными блоками 4 при максимальной скорости вращения узла колеса 3.

Предпочтительно, возвратное устройство 7 находится в первом объеме вращения VI, так же, как и вспомогательные штифты 72, независимо от положения инерционного блока или блоков 4.

Разумеется, могут рассматриваться и другие варианты.

В первом варианте, представленном на Фиг.3, инерционные блоки 4, в данном случае, два инерционных блока 4А и 4В, взаимно упругими возвратными средствами 7, размеры которых подбираются так, чтобы динамически уравновесить узел, образованный узлом колеса 3 и инерционными блоками 4, при максимальной скорости вращения узла колеса 3.

Во втором варианте, представленном на Фиг.4, инерционные блоки 4 все соединены друг с другом одним упругим возвратным средством 7, размеры которого подбираются так, чтобы динамически уравновесить узел, образованный узлом колеса 3 и инерционными блоками 4, при максимальной скорости вращения узла колеса 3.

В третьем варианте, представленном на Фиг.5, каждый из инерционных блоков 4 соединен независимым упругим возвратным средством 7 с валом 15, входящим в состав узла колеса 3 и расположенным на оси D1 первого штифта. Размеры данных упругих возвратных устройств выбираются таким образом, чтобы динамически сбалансировать узел, образованный узлом колеса 3 и инерциальными блоками 4, при максимальной скорости вращения узла колеса 3.

Предпочтительный вариант осуществления изобретения, показанный на Фиг.11-13, представляет собой комбинацию второго и третьего вариантов.

Очевидно, что трудность заключается в том, чтобы установить инерционные блоки 4 и возвратные устройства 7 таким образом, чтобы данные инерционные блоки раскрывались только при превышении определенной величины скорости вращения. Данное изобретение предлагает передовое техническое решение, заключающееся в том, что упругое возвратное устройство 7 содержит, как минимум, одну предварительно нагруженную пружину 71. Сравнение Фиг.11 и 12 показывает, что эта предварительная нагрузка соответствует радиальному перемещению предварительной нагрузки СР втулки 73 второго штифта в радиальном направлении относительно оси D1 первого штифта, когда пружина 71 перемещается своей первой втулкой 74 главного штифта 15 из отсоединенного положения пружины 71 в положение, при котором пружина соединена со вспомогательным штифтом 72 инерционного блока 4, когда узел колеса 3 и инерциальный блок 4 находятся в положении останова, и вышеупомянутая предварительная нагрузка в соединенном состоянии пружины 71 тянет вспомогательный штифт 72 инерциального блока 4 радиально к оси D1 первого штифта.

Пружина 71 устроена таким образом, что вектор возвращающей силы, действующей на инерционный блок, всегда проходит через ось D1 первого штифта, как показано на Фиг.11-13, где первая втулка 74 представляет собой ступицу, посаженную без трения на основной штифт 15.

Короче говоря, предварительная нагрузка оказывает радиальное возвращающее усилие на вспомогательный штифт 72 инерционного блока, сопротивляющееся центробежной силе, действующей на него вследствие вращения, и эта предварительная нагрузка препятствует разворачиванию инерционных блоков 4 до того момента, пока узел колеса 3 не достигнет критической скорости вращения, которая, предпочтительно, выбирается равной заданной частоте вращения ωc.

Жесткость указанной пружины 71 выбирается таким образом, чтобы радиальная сила, действующая на инерционный блок 4 и передаваемая на вспомогательный штифт 72, была фактически линейной функцией углового положения инерционного блока на основном штифте 6 на оси D2 второго штифта относительно положения останова инерционного блока 4, и для которой нулевое значение радиальной силы по своей абсолютной величине соответствовало величине предварительной нагрузки СР, как показано на Фиг.17, где представлено изменение радиальной возвращающей силы в зависимости от угла а, характеризующего изменение положения (относительно исходного положения, показанного на Фиг.12) оси D3 третьего штифта относительно оси D2 второго штифта.

Другими словами, радиальная сила, действующая на инерционный блок, за пределами перемещения СР предварительной нагрузки пружины, является линейной функцией радиального положения вторичного штифта 72 относительно оси D1 штифта. Она является также линейной функцией расстояния, в любой момент времени, между положением вторичного штифта 72 и положением точки крепления пружины, не собранной на инерционном блоке 4, как показано на Фиг.11, или, проще говоря, функцией расстояния, на которое пружина 71 растягивается. Когда пружина подсоединена к инерционному блоку 4, как показано на Фиг.12, это расстояние равно радиальному перемещению СР предварительной нагрузки.

Эта характеристика повышения радиальной силы, приложенной к инерционному блоку 4, практически пропорционального увеличению радиального положения его вторичного штифта 72, является результатом аппроксимации путем сглаживания кривой, полученной посредством расчета равновесия центробежной силы при любом угле инерциального блока.

Дополнительный эффект достигается специфическим размещением штифтов относительно друг друга с целью получения изменяемого плеча рычага, что обеспечивает широкое раздвигание инерционных блоков 4 при небольшом возрастании скорости выше заданной частоты вращения ωc.

Рычаги пружины 71, предпочтительно, можно выполнить в скрученной или спиральной форме, с целью сделать пружину достаточно гибкой, чтобы получить точную требуемую жесткость.

Предпочтительно, с целью получения точной повторяемости и воспроизводимости данного свойства, пружина 71 изготовляется из микрообрабатываемого материала, или силикона, или кварца, или их соединения, или сплава, полученного по технологии МЭМС (технологии микроэлектромеханических систем), или сплава, полученного с помощью технологии глубокого реактивного ионного травления (DRIE) или технологии получения объемных микродеталей методами рентгенолитографии, гальваностегии и формовки (LIGA), или же изготовляются, по меньшей мере, из частично аморфного материала. Данный метод и/или выбор материала обеспечивает также возможность получения немагнитной и ненамагничиваемой пружины 71, на которую не может воздействовать магнитное поле или перемещения часового механизма, в котором установлен данный регулятор 1. Еще одним преимуществом является то, что модуль упругости пружины очень мало изменяется при изменении температуры, и, следовательно, отклонений при регулировании скорости не будет.

Разумеется, пружину 71 можно также изготовлять и по обычной технологии, из стандартного материала для изготовления пружин, например, из пружинной стали, используемой в часовой технологии для производства ходовых пружин и бочкообразных пружин.

Однако может быть желательно регулировать и заданную частоту вращения. Это можно сделать путем изменения либо жесткости пружины, либо ее предварительной нагрузки, либо и того, и другого. Следовательно, можно создать механизм со статическим элементом, таким как диск, например, для поворота среднего фланца (на чертежах не представлен) с целью сдвига характеристики, как показано на Фиг.16, где характеристику С2 заменяют характеристикой С'2 путем смещения нуля на величину, соответствующую другой заданной частоте вращения. Использование такого диска на фабрике позволяет производить точную настройку на желаемое значение. В предпочтительном варианте выполнения, не показанном на приведенных чертежах, пружина 71 содержит установленные рядом несколько штифтовых втулок 73, выполненные в форме ступицы, взаимодействующие со вторичным штифтом 72 инерционного блока 4; каждая ступица соответствует конкретной, запоминаемой и воспроизводимой настройке, обеспечивающей простую предварительную настройку на фабрике. Эти ступицы 73 могут быть установлены в линию, в шахматном порядке, или каким-либо другим образом, и, предпочтительно, должны быть размечены с целью упрощения сборки. Такое расположение является предпочтительным для устройства указанного диска, поскольку при этом удается избежать какого-либо давления на пружину.

Роль средства создания, по меньшей мере, одного переменного магнитного поля для часов, предпочтительно, выполняют постоянные магниты 12, установленные с обеих сторон камеры 8, в которой периферийная часть 30 каждого инерционного блока 4 перемещается в определенном диапазоне скоростей; указанные постоянные магниты 12 установлены парами противоположной полярности с обеих сторон камеры 8.

Предпочтительно, во избежание возникновения помех вследствие перемещения часов или часового механизма, камера 8, в которой создается магнитное поле, ограничена магнитоизолирующим экраном 9. Предпочтительно, данные постоянные магниты 12 устанавливаются на внутренней периферии 11 хомута 19, окружающего камеру 8; данный хомут 19, предпочтительно, ограничен вышеупомянутым магнитоизолирующим экраном 9, а постоянные магниты 12 установлены практически параллельно относительно оси D1 первого штифта, с обеих сторон камеры 8. В неограничивающем примере, показанном на Фиг.2 и 3-5, камера 8 ограничена хомутом 19, включающем в себя два фланца хомута:

верхний фланец 16 и нижний фланец 17, соединенных коллектором 18.

В рассматриваемом варианте осуществления изобретения, представленном на вышеуказанных чертежах, камера 8 вращается вокруг оси D1 первого штифта.

Переменное магнитное поле, создаваемое внутри данной камеры, может генерироваться различными способами. Для статического часового механизма, такого как часов с маятником или музыкальной шкатулки, могут использоваться электромагниты с питанием от сети или от аккумуляторных батарей.

Таким образом, камера 8, предпочтительно, на своей внутренней периферийной поверхности 11 содержит несколько постоянных магнитов 12 для создания магнитного поля. Эти постоянные магниты 12, предпочтительно, установлены таким образом, чтобы создавать в камере 8 силовые линии, параллельные оси D1 первого штифта узла колеса 3.

Магнитное поле в камере 8 или в воздушном зазоре является, таким образом, аксиальным, и регулятор имеет аксиальный магнитный поток.

В рассматриваемом варианте осуществления, показанном на Фиг.6, постоянные магниты 12 установлены попарно на противоположных сторонах 13 и 14 камеры 8, и обращены друг к другу, чтобы создавать в камере 8 магнитное поле, линии которого параллельны оси D1 первого штифта узла колеса 3. Предпочтительно, каждый инерционный блок 4 может также перемещаться между вышеупомянутыми двумя постоянными магнитами 12, установленными с обеих сторон его траектории.

В другом варианте, также представленном на Фиг.6, целое число постоянных магнитов 12 различной полярности установлено на одной и той же поверхности 13 или 14, так что магнитное поле, через которое проходит траектория каждого инерционного блока 4, является переменным магнитным полем максимальной интенсивности. Магнитное поле является полем одной полярности в одном направлении, и полем противоположной полярности при переходе к следующему магниту. Таким образом, при вращении узла колеса 3, каждый инерционный блок 4 испытывает воздействие периодического гармонического поля синусоидальной формы. В частности, хомут 19 содержит (с любой стороны камеры 8) первый фланец 16 с установленным на нем первым комплектом постоянных магнитов 12 и второй фланец 17 с установленным на нем вторым комплектом постоянных магнитов 12, причем первый фланец 16 и второй фланец 17 каждый включают в себя целое число постоянных магнитов 12, установленных с переменной полярностью на периферийной поверхности соответствующего фланца, таким образом, что магнитное поле, воздействие которого испытывает периферийная часть 30 перемещающегося инерционного блока 4, является переменным магнитным полем.

В другом варианте осуществления, не показанном на приведенных чертежах, постоянные магниты 12 устанавливаются на одной и той же поверхности 13 или 14 без смены полярности, с повторяемостью по кругу от центра, с изменением общего угла, радиуса и встречаемости, так что магнитное поле, через которое проходит траектория периферийной части 30 через каждого инерционного блока 4 при его перемещении, является чередующимся переменным магнитным полем.

Как уже указывалось выше, изменяемость магнитного поля, через которое проходит периферийная часть инерционного блока, является условием образования вихревых токов и рассеяния энергии. Следовательно, несмотря на то, что предпочтительные варианты приведены в настоящем описании, следует иметь в виду, что система может работать и с нецелочисленным количеством магнитов, или даже с магнитами, имеющими одинаковую полярность. Предлагаемые в настоящем описании примеры являются, главным образом, вариантами, обеспечивающими лучшее и наиболее регулярное рассеяние энергии, и ни в коем случае не являются ограничивающими.

В конкретном примере осуществления изобретения первый фланец 16 и второй фланец 17 могут вращаться относительно друг друга вокруг оси D1 первого штифта, чтобы каждый из них, в соответствии с их взаимным положением, мог расположить линии магнитного поля параллельно указанной оси D1 первого штифта, или ориентировать их наклонным образом на поверхности конуса или цилиндра вращения вокруг оси D1 первого штифта, относительно последнего. Получение силовых линий в виде спирали или конуса позволяет изменять рассеяние энергии и добиваться наилучшей настройки регулировки. Данная компоновка может также обеспечить лучшее раскрытие инерционных блоков 4. Представленная на Фиг.20 кривая показывает изменение токовихревых потерь при нахождении инерционных блоков в полностью раскрытом положении, при всех прочих равных условиях, в зависимости от углового смещения первого фланца 16 относительно второго фланца 17.

Еще в одном конкретном примере осуществления изобретения первый фланец 16 и второй фланец 17 могут вращаться и перемещаться параллельно относительно друг друга в направлении оси D1 первого штифта, чтобы обеспечить изменение величины воздушного зазора между ними.

Еще в одном конкретном примере осуществления изобретения первый фланец 16 и второй фланец 17 могут перемещаться параллельно и/или поворачиваться относительно друг друга в направлении оси D1 первого штифта, в результате вхождения периферической части 30 инерционного блока 4 в воздушный зазор между ними, например, двухконусной частью или углом указанной периферической части, отодвигая фланцы друг от друга и преодолевая сопротивление пружины, стремящейся приблизить их друг к другу и возвратить в положение останова.

Еще в одном конкретном примере осуществления изобретения первый фланец 16 и второй фланец 17 поворачиваются друг относительно друга в направлении оси D1 первого штифта, в результате вхождения периферической части 30 инерционного блока в воздушный зазор между ними, вследствие чего первый подвижный фланец поворачивается относительно второго, неподвижного фланца, который остается стационарным.

Еще в одном конкретном примере осуществления изобретения первый фланец 16 и второй фланец 17 могут перемещаться параллельно друг другу в направлении оси D1 первого штифта, или могут поворачиваться относительно друг друга в направлении оси D1 первого штифта, под действием пружины, являющейся источником энергии, чтобы компенсировать потери энергии бочкообразной пружины ударного механизма, как это осуществляется в механизме резервирования мощности.

Возможность такого относительного поворачивания и/или параллельного перемещения фланцев с установленными на них либо магниты, как было описано выше, либо магнитопроницаемые элементы, когда магниты устанавливаются на инерционных блоках, в частности, обеспечивает возможность регулирования темпа, что необходимо для ударного механизма, как показано на приведенных чертежах.

В конкретном примере осуществления изобретения, не представленном на приведенных чертежах, постоянные магниты могут перемещаться радиально относительно оси D1 первого штифта. Таким образом, если слой поля вокруг оси D1 первого штифта, являющийся фактически цилиндрическим, отодвигается в сторону от оси D1 постепенно, по мере того, как скорость вращения узла колеса 3 увеличивается, тормозной момент также возрастает. Предпочтительно, регулятор 1 содержит устройство, обеспечивающее радиальное перемещение постоянных магнитов 12 и/или камеры 8 относительно оси D1 первого штифта в зависимости от скорости вращения узла колеса 3, например, посредством использования центробежной силы, или с помощью электромотора, приводимого в действие индуцированными вихревыми токами.

В конкретном примере осуществления изобретения, не показанном на представленных чертежах, регулятор 1 содержит устройство, позволяющее производить вращательное перемещение постоянных магнитов и/или камеры 8 относительно оси D1 первого штифта в зависимости от угловой скорости вращения узла колеса 3. В предпочтительном варианте осуществления такое вращение производится в направлении, противоположном направлению вращения узла колеса 3, чтобы вдвое увеличить силу индуцируемого тока, и, соответственно, тормозного момента.

В конкретном примере осуществления изобретения, рассеяние энергии можно еще более улучшить посредством осевого перемещения фланцев или хомутов, на которых установлены постоянные магниты. В частности, использование дифференциальной передачи дает возможность одновременного вращения инерционных блоков 4 и постоянных магнитов в противоположных направлениях, что означает, что такое же рассеяние энергии и регулирование становится возможным при более низких скоростях вращения, что является выигрышным с точки зрения износа. Или же, при сохранении той же скорости вращения, можно вдвое увеличить токовую диссипацию, если дифференциальная передача, например, сконструирована таким образом, что соответствующие скорости магнитов и блоков инерции равны и направлены в противоположных направлениях.

Предпочтительно, по меньшей мере, один инерционный блок 4, а еще лучше, каждый инерционный блок 4 выполнен из электропроводного материала или золота, или из меди или серебра, или включает в себя, в части, подверженной воздействию магнитного поля в камере 8, часть, выполненную из электропроводного материала или золота, или меди или серебра, по всей толщине, пересекаемой магнитным полем в направлении, параллельном оси D1 первого штифта.

В конкретном исполнении, показанном на Фиг.10, регулятор 1 включает в себя несколько шарнирно установленных узлов колеса 3, расположенных поярусно на оси D1 первого штифта, на каждом из которых предусмотрен, по меньшей мере, один инерционный блок 4, способный двигаться в отдельной камере 8, или являющийся общим для всех инерционных блоков 4. Такая схема может оказаться выгодной в случае, когда горизонтальное пространство для перемещения элементов часового механизма является ограниченным.

В конкретном примере осуществления изобретения регулятора 1 узла колеса часового/ударного механизма, представленном на Фиг.1, по меньшей мере, одна часть периферийной части 30 узла колеса 3 перемещается не в камере, а в щелевом отверстии 21 между двумя магнитными полюсами 22; 23 противоположной полярности, входящими в состав постоянного магнита или электромагнита; щелевое отверстие 21 расположено в плоскости, являющейся перпендикулярной оси D1 первого штифта. Регулирование осуществляется с помощью электромагнита 24, действующего на одну поверхность узла колеса 3 вблизи его периферии; данный электромагнит 24 приводится в действие током, индуцируемым в результате вращения узла колеса 3. Предпочтительно, указанный регулятор 1 содержит также раму, образующую магнитный контур, например, изготовленную из стали или чугуна, и магнитную цепь вокруг щелевого отверстия 21, выполненную в данной раме. С обеих сторон щелевого отверстия 21 магнитная цепь имеет полюсы противоположной полярности. Полюсы магнитной цепи расположены вблизи от периферии подвижного ротора 3. Данный ротор либо является вращающимся узлом ударного механизма, либо соединен с ним, непосредственно или с помощью системы передач или другой прямой передачи. Вращение узла ударного механизма под действием источника энергии приводит к повороту ротора и, следовательно, создает переменное магнитное поле в воздушном зазоре между полюсами. Это переменное магнитное поле приводит к возникновению индуцированного электрического тока, который также является переменным в роторе, выполненном из электропроводного или магнитного материала.

Данный электрический ток можно использовать для привода мотора, вал которого прямым или косвенным образом соединен с ротором, чтобы осуществлять торможение данного ротора, соответственно типу механизма. Данный электрический ток можно также использовать для активации электромагнита, или же подводить его к поверхности ротора вблизи его периферии, чтобы осуществлять торможение его вращения в соответствии с законом Лапласа, или приводить в действие тормозное устройство узла ударного механизма.

Предпочтительно, для обеспечения наибольшей компактности при наименьшем возможном количестве компонентов, ротор и узел ударного механизма после сборки образуют единый узел, рама содержит постоянные магниты противоположной полярности с обеих сторон своего щелевого отверстия, а регулирование производится путем воздействия электромагнита на поверхность ротора вблизи его периферии, приводимого в действие током, индуцированным за счет вращения ротора.

Торможение, производимое силами Лапласа и электромагнитом, фактически пропорционально угловой скорости вращения ротора. В случае ускорения хода ударного механизма разность скоростей приводит к дифференциалу торможения, который возвращает скорость вращения ротора и, следовательно, узла ударного механизма, ее заданному значению, что не только учитывает эффекты механического ускорение хода, но также регулирует скорость вращения узла ударного механизма, и, таким образом, делает музыку или бой идеально ритмичным и приятным для слушателя.

Упрощенный вариант осуществления, представленный на Фиг.18, включает следующие элементы:

- Два ферромагнитных фланца хомута, диаметром 13 мм, выполненные из сплава "Муметалл", с 12 постоянными магнитами "Рекома 25" диаметром 1,7 мм и толщиной 0,25 мм, установленными с переменной аксиальной намагниченностью.

- Два медных инерционных блока внутренним диаметром 2 мм, внешним диаметром 5,6 мм и толщиной 0,9 мм.

- Латунное основание инерционных блоков диаметром 6 мм и латунные выводы, выполняющие роль штифтов инерционных блоков.

- Коллектор в виде внешней трубки из стали марки СК45, длиной 2,5 мм, для обеспечения непрерывности магнитного потока, индуцируемого постоянными магнитами. Указанный коллектор, таким образом, образует экран.

- Два штифта, вставленные в инерционные блоки для закрепления возвратной пружины.

- Две резиновые возвратные пружины типа уплотнительного кольца, соединяющие вал с соответствующими стопорными штифтами.

Даже являясь упрощенным, данный вариант с возвратными пружинами без конкретных размеров обеспечивает стабильность саморегулирования скорости вращения системы.

Следует отметить, что симметричность инерционных блоков и возвратных пружин играет большую роль в предотвращении дисбаланса и вибрации. Действительно, инерционные блоки могут сместиться в сторону с различным угловым смещением от центра вследствие недостаточной симметрии, и, в худшем случае, мы будем иметь лишь один инерционный блок, участвующий в угловом движении. Далее, возвратные пружины соединены с центральным валом. В отличие от одной пружины, соединяющей два инерционных блока, но не соединенной с центральным валом, ванное техническое решение предотвращает возникновение какой-либо асимметрии и делает невозможным вибрацию двух инерционных блоков относительно центрального вала.

Конкретный, более усложненный вариант, показанный на Фиг.18 и отвечающий требованиям регулирования, которым должно отвечать данное предлагаемое изобретение, содержит:

- Два ферромагнитных фланца хомута статора, изготовленных из FeCo-сплава "AFK502". Каждый фланец хомута содержит 14 постоянных магнитов диаметром 1,3 мм, толщиной 0,25 мм, выполненных из NdFeB-сплава "VACODYM 655 HR", установленных с переменной аксиальной намагниченностью.

- Два инерционных блока было решено выполнить из серебра, поскольку оно обладает очень низкой удельной электропроводностью.

- Рабочий воздушный зазор, т.е. осевое расстояние между двумя рядами магнитов, уменьшен, с целью повышения индукции в воздушном зазоре на инерционных блоках. Толщина инерционных блоков равна 0,3 мм, а механический воздушный зазор между магнитами и инерционными блоками составляет 0,12 мм.

- Габариты устройства подогнаны к пространству, имеющемуся внутри музыкальных часов, внешний диаметр ограничен величиной 8,4 мм, а высота - величиной 1,35 мм.

- Пружина подобрана таким образом, чтобы уравновешивать центробежную силу в любом угловом положении инерционного блока при угловой скорости вращения 3100 об/мин.

Результаты подтверждают ожидания: низкое изменение скорости вращения, менее 3% от номинальной величины, и высокое рассеяние энергии, более 6 мВт.

Кривая, приведенная на Фиг.19, показывает изменение токовихревых потерь в зависимости от углового положения инерционных блоков на своих соответствующих штифтах, для данного предпочтительного варианта осуществления изобретения. Мы видим, что когда инерционные блоки находятся близко друг к другу, диссипация энергии вследствие токовихревых потерь равна нулю. Таким образом, система не производит торможение при скорости вращения ниже номинальной величины.

Характеристики возвратной пружины определяются уравновешиванием центробежной силы, действующей на инерционный блок при номинальной скорости вращения, в месте крепления данной пружины. Итак, требуемая жесткость пружины и ее предварительное нагружение в данном случае равны 0,0014 Н/м и 0,006 Н соответственно.

Можно также определить радиальное положение конца пружины в состоянии покоя и расстояние предварительного нагружения, которые равны 0,93 мм и 0,44 мм соответственно. Следует отметить также, что пружина удерживается центральным валом, но может свободно вращаться. Таким образом, возвратная сила пружины всегда направлена к центру вращения системы.

На Фиг.20 показана энергия, рассеиваемая при номинальной угловой скорости вращения 3100 об/мин инерционными блоками в полностью раскрытом положении, в зависимости от углового смещения магнитов верхнего хомута. Данное угловое смещение соответствует сдвигу магнитной фазы между магнитами верхнего хомута и магнитами нижнего хомута. Следует отметить, что изменение максимальной рассеиваемой энергии значительно меняется в зависимости от сдвига магнитной фазы, вплоть до 90°. Такая характеристика позволяет производить тонкую настройку интервала скорости регулировки путем принятия несколько большего уровня жесткости пружины, чем требуется для уравновешивания центробежной силы при номинальной скорости. Характеристику рассеяния энергии за счет вихревых токов, таким образом, можно изменить в зависимости от углового положения инерционных блоков на их соответствующих штифтах. Так, для одной и той же величины рассеяния энергии, сдвиг фазы верхних магнитов относительно нижних означает, что инерционные блоки необходимо дополнительно сместить от центра. При соответствующей пружине, угловую скорость вращения необходимо увеличить таким образом, чтобы инерционные блоки достигли своего углового положения для рассеяния требуемого количества энергии.

Магнитные помехи в уравновешивающей пружине часов, индуцируемые данным регулятором, составляют менее 1 нТ.

Температура оказывает влияние на характеристику устройства через три элемента: магниты, инерционные блоки и пружины. Она влияет на остаточную магнитную индукцию магнитов и удельное электрическое сопротивление инерционных блоков. Таким образом, при повышении температуры, для получения требуемого рассеяния энергии инерционные блоки должны отодвинуться немного дальше от центра. Если жесткость связи между тормозным моментом при индукционном торможении и угловой скоростью вращения очень высока, влияние температуры на регулирование скорости через магниты и инерционные блоки является пренебрежимо малым. Предпочтительно, материалы типа "Инливар" могут быть использованы для уменьшения влияния температуры на модуль упругости пружины, и, таким образом, для уменьшения влияния температуры на жесткость предварительного нагружения пружины.

В другом варианте осуществления данного изобретения, который не полагается на вихревые токи, узел колеса 3 включает в себя аналогичным образом шарнирно установленные инерционные блоки, возвращаемые к оси D1 первого штифта устройством компенсации центробежной силы, роль которого выполняет возвратное устройство 7, в рассматриваемом случае - одна или несколько пружин 71, в соответствии с отличительными признаками изобретения, изложенными выше. В дополнение к этой структуре, устройство 1 включает в себя тормозное устройство, срабатывающее, когда периферийная часть 30 инерционных блоков 4 переходит из первого объема VI во второй объем VE, показанный на Фиг.14, который уже может не содержать магнитное поле 8.

В качестве данного тормозного устройства может служить либо аэродинамическое тормозное устройство, например, воздушный тормоз, включающийся при возрастании скорости выше заданного значения ωс, либо сухое тормозное устройство (фрикционный тормоз), поверхность которого создает тормозной момент между тормозной поверхностью и периферийной частью 30 инерционных блоков 4. В частности, данная поверхность устроена таким образом, что приложенный тормозной момент возрастает при увеличении радиуса от оси D1 первого штифта, например, при увеличении шероховатости поверхности, которая увеличивается при увеличении расстояния от упомянутой оси D1 первого штифта.

Здесь также, предпочтительно, центр масс каждого инерционного блока 4 находится дальше от оси D1 первого штифта, чем основной штифт 6 данного инерционного блока 4.

Предпочтительно, вспомогательный штифт 72 каждого инерционного блока "4 находится дальше от оси D1 первого штифта, чем основной штифт данного инерционного блока 4.

Естественно, такой чисто механический вариант осуществления данного изобретения может также быть совмещен с вариантом, использующим индукционное торможение.

Согласно изобретению, регулятор 1 может функционировать с вращением в две противоположные стороны, обозначенные стрелками А и В на Фиг.13. Направление вращения производит разные эффекты, постольку, поскольку результаты действия сил, прикладываемых к системе, различны.

Возвращаясь к варианту осуществления, показанному на приведенных чертежах, в котором второй объем VE является внешним по отношению к первому объему VI, инерционные блоки 4 являются, по меньшей мере, частично, электропроводными, и магнитное поле присутствует в камере 8 при вращении в направлении А, инерционные блоки 4 легко раздвигаются и входят в область переменного магнитного поля, обеспечивая, таким образом, рассеяние энергии за счет образования вихревых токов.

При вращении в противоположном направлении В, в переходном режиме, в начале поворачивания, инерционные блоки 4 удерживаются силой вследствие ускорения в результате вынужденного вращения инерционных блоков относительно своего центра поворота, который не совпадает с расположением центра масс; данная сила складывается с возвратной силой предварительно нагруженных пружин 71 и оказывает сопротивление центробежной силе. Следовательно, инерционным блокам тяжелее отойти от оси D1 штифта узла колеса 3, и менее легко войти в область магнитного поля. Таким образом, данный динамический эффект оказывает сопротивление центробежной силе, в отличие от случая вращения узла колеса 3 в направлении А, когда указанные силы суммируются друг с другом.

При выборе размеров системы необходимо учитывать утечки магнитного поля, в частности, в аксиальной части регулятора 1. Данные утечки создают силу магнитного происхождения, которая стремится отодвинуть инерционные блоки дальше от оси D1, если регулятор 1 вращается в направлении А, и сдвинуть их ближе к оси D1 при вращении в противоположном направлении. Интенсивность данной силы возрастает при увеличении скорости вращения, и при оценке сил, действующих на высоких скоростях вращения, в частности, около 3000 об/мин, ей нельзя пренебрегать.

Следует также принимать во внимание аэродинамический эффект, известный из конструкции более ранних регуляторов с инерционными блоками с аэродинамическим торможением, и который, несмотря на то, что он небольшой, все же необходимо учитывать при расчете магнитов и инерционных блоков.

Качество переходной фазы ускорения узла колеса зависит от правильности выбора размеров пружин и их условий предварительного нагружения.

В одном из вариантов данного изобретения, не представленном на чертежах, данные динамические силы и/или силы, связанные с утечками магнитного поля, используются для обеспечения возможности изменения формы инерционных блоков во время работы, что еще более расширяет диапазон возможностей регулирования.

Еще в одном варианте осуществления данного изобретения, регулятор 1 не включает в себя возвратные устройства 7, пружины 71 или какие-либо аналогичные элементы, и расчет действующей на инерционный блок центробежной силы производится для компенсации силы, обусловленной вихревыми токами.

Еще в одном варианте осуществления изобретения, одна часть инерционных блоков 4 может постоянно находиться в воздушном зазоре в камере 8, так что, как только узел колеса 3 начинает вращаться, возникающие вихревые токи начинают учитываться при оценке сил, действующих на инерционные блоки 4, и, следовательно, косвенным образом, на узел колеса 3.

Короче говоря, настоящее изобретение обеспечивает условия для очень хорошего регулирования угловой скорости вращения, посредством рассеяния большого количества энергии с помощью простого и очень надежного механизма.

Можно также, в зависимости от принятых размеров, разработать систему в соответствии с принципом настоящего изобретения, которая, наоборот, не использует много энергии, и для которой основной задачей регулирования будет результирующая сила, создаваемая вихревыми токами.

Таким образом, с помощью простого механизма становится возможным, и даже выигрышным вариантом, иметь, как минимум, две возможности регулирования, с различными характеристиками, в зависимости от выбранного направления вращения.

В одном из возможных вариантов осуществления данного изобретения рассеяние энергии происходит в жидкой среде, в частности, в вязкой среде.

Регулятор 1, согласно изобретению, может, таким образом, работать в жидкости, такой как масло, так как это дает возможность устранить трение в герметичных механических соединениях между различными сухими и смазочными средами. Действительно, чрезвычайно выгодно совместить эффект переменного магнитного поля с влиянием гидродинамики.

Предметом настоящего изобретения является также музыкальный или ударный механизм 10 для часов или музыкальной шкатулки, содержащий источник энергии или пружину, а также устройство 2 для передачи механического момента от вышеуказанного источника энергии или пружины к узлу колеса для генерирования музыки или боя, отличающегося тем, что указанное передаточное устройство 2 приводит, по меньшей мере, один указанный узел колеса, входящий, согласно настоящему изобретению, в состав вышеуказанного регулятора 1 узла колеса часового или ударного механизма.

Предметом настоящего изобретения является также часовой механизм или музыкальная шкатулка, содержащая узел колеса для генерирования музыки или боя, включающий в себя музыкальный или ударный механизм 10 данного типа, и/или регулятор 1 узла колеса часового или ударного механизма данного типа.

В конкретном примере осуществления изобретения часовой механизм представляет собой музыкальные часы.

Предметом настоящего изобретения является также центробежный регулятор, идентичный по конструкции описанному выше регулятору узла колеса часового/ударного механизма, предназначенный не для регулирования скорости вращения музыкального/ударного механизма часов, а для других целей, например, в области часового дела, для регулирования движения, или в других областях, помимо часового дела, для регулирования скорости вращения любого механизма, приводимого источником энергии с изменяющимся крутящим моментом, или, в более общем смысле, для любой системы, служащей для измерения или индикации времени. В качестве примера можно привести следующие механизмы: хронографы, хронометры, механизмы регулирования скорости движения рычага, например, механизмы текущей даты, механизмы промышленных роботов с возможностью изменения скорости между отдельными движениями, сигнальные механизмы, механизмы боя, колокольного звона или часы с репетицией минут, музыкальные шкатулки и подобные устройства, механизмы с вращающимся колесом или воздушные механизмы, а также механизмы с механическими центрами инерции. Приведенный выше список ни в коей мере не является ограничивающим.

Предметом настоящего изобретения является также пружина такого же типа, как описанная выше пружина 71, которая может применяться и в других областях, помимо упомянутых здесь, например, в центробежном регуляторе.

Короче говоря, настоящее изобретение предлагает предпочтительные способы использования магнитного регулятора для регулирования ударного механизма.

Использование магнитного регулятора для регулирования ударного механизма является новым техническим решением. В отличие от известных регуляторов для механизмов регулирования, и, следовательно, передаточных механизмов, служащих для поддержания определенной частоты для часового механизма, согласно изобретению, данный магнитный регулятор работает как приемник и использует энергию. Он поддерживает скорость вращения вращающейся ударной передачи, в частности, узла ударного механизма, на уровне заданного значения, путем понижения скорости, если она выше заданного значения, и превращая избыточную кинетическую энергию в аккумулированную и/или используемую энергию.

Магнитный регулятор обязательно включает в себя магниты и/или электромагниты, что может потребовать предпочтительного использования определенных материалов, менее чувствительных к воздействию магнитного поля, с целью снижения образования помех. В частности, это может потребовать использования кремнеорганического маятника. Это также является причиной предпочтительного использования конкретной версии камеры 8, ограниченной магнитоизолирующим экраном 9, выполненным из немагнитного материала и выполняющим роль магнитного экрана, обеспечивающего минимально возможные помехи от периферийного оборудования часового механизма и не мешающего работе часов. Камера 8 также имеет кольцевую форму с отверстиями для прохода вала 15 или узла колеса 9.

Согласно изобретению, конструкция регулятора, предпочтительно, разработана с использованием принципов проектирования, аналогичных использовавшимся в известных ранее регуляторах (точная угловая скорость вращения и эквивалентная мощность торможения), но данный новый регулятор не имеет недостатков, присущих ранее известным регуляторам.

Использование данного магнитного регулятора обеспечивает бесшумный механизм с высокоточным регулированием скорости. Действительно, регулируемый индукционный тормоз, предлагаемый настоящим изобретением, способен обеспечить стабилизацию угловой скорости вращения узла колеса 3, без какого-либо контакта, и следовательно, не создает никакого шума, или очень незначительный шум.

Данное изобретение дает возможность часовому мастеру регулировать тормозной момент, если, например, камера 8 в первом варианте осуществления сконструирована таким образом, что расстояние между поверхностями 13 и 14 является регулируемым, например, с вариантом выполнения, при котором один и/или другой фланцы хомута 16, 17 подогнаны, или, предпочтительно, навинчены на коллектор 18, или, во втором варианте выполнения, если воздушный зазор щелевого отверстия 21 между магнитными полюсами 22 и 23 является регулируемым.

Воспроизводимость регулируемой скорости во время сборки значительно лучше чем у существующих систем.

Стабильность скорости в процессе старения сделана более надежной путем устранения трения и ударов.

Угловая скорость узла колеса 3 регулируется удовлетворительно, даже если момент пружины изменяется вдвое при ее ослаблении.

Основными элементами данного регулятора являются, с одной стороны, возвратная пружина инерционных блоков, определяющая скорость регулирования, и, с другой стороны, постоянные магниты и электропроводные инерционные блоки, характеризующие рассеяние энергии и, следовательно, тормозной момент.

Регулятор является высоконадежным, что очень важно для часового механизма.

Данное устройство со смещенными от центра инерционными блоками представляет собой новую конструкцию, характеризующую жесткость соотношения между тормозным моментом и скоростью регулирования, и отсоединяет ротационную систему от магнитного тормоза при скоростях вращения ниже номинальной.

Короче говоря, данное изобретение обеспечивает много преимуществ:

- очень точная скорость вращения, погрешность регулировки составляет менее 3%;

- бесшумная работа;

- надежность за счет отсутствия износа;

- простота настройки при сборке;

- отсутствие неопределенности при разработке относительно определения амплитуды/скорости;

- широкий диапазон момента вращения для одной и той же угловой скорости вращения.

Реферат

Регулятор (1) скорости вращения колеса часового механизма для регулирования угловой скорости вращения (ω) узла колеса (3) относительно оси (D1) шарнира, содержащий шарнирно поворачивающийся инерционный блок (4). Регулятор включает в себя устройство (7) для возврата указанного блока (4) к упомянутой оси (D1), и когда указанный узел колеса (3) вращается со скоростью ниже заданной частоты вращения (ωс), данный блок (4) остается в пределах первого объема вращения (VI), а когда скорость вращения узла колеса (3) превышает упомянутую заданную частоту вращения (ωс), данный блок (4) входит, по меньшей мере, своей одной периферийной частью (30) во второй объем вращения (VE), прилегающий к первому объему и являющийся внешним по отношению к нему; при этом упомянутая периферийная часть (30) взаимодействует во втором объеме (VE) с регулировочным устройством, осуществляющим торможение указанного узла колеса (3), и возврат его скорости вращения (ω) к вышеупомянутой заданной частоте вращения (ωс), и рассеяние избыточной энергии. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 20 ил.

Формула